UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA2014 - II

INTRODUCCIONHablaremos acerca del acero su composicin sus caractersticas sus propiedades acerca de su microestructura y su composicin con el contenido de carbono que poseen. El diagrama de hierro carbono y su gran importancia para la industria del acero. Los constituyentes metlicos que pueden presentarse en los aceros al carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como nico constituyente. Tambin pueden estar presentes constituyentes no metlicos como xidos, silicatos, sulfuros y aluminatos.Mencionaremos tambin acerca de los metales ferrosos y no ferrosos. El examen de la microestructura es muy til para determinar si un metal o una aleacin satisfacen las especificaciones en relacin con trabajos mecnicos anteriores, tratamientos trmicos y composicin general. La microestructura es un instrumento para analizar las fallas mecnicas y para controlar procesos industriales y de manufactura.Por ultimo trataremos acerca de los hierros fundidos acerca de su composicin e importancia

OBJETIVOS Aprender a reconocer la microestructura del acero. Aprender a interpretar el diagrama de fierro carbono Conocer las aplicaciones del acero en la industria Aprender acerca de los aceros fundidos gris , nodular perlitico,etc

MICROESTRUCTURA DE METALES FERROSO Y NO FERROSOSFUNDAMENTO TERICOPuede admitirse como acero al carbono, todo acero con un contenido en carbono hasta el 2%, el contenido de Manganeso y Silicio es inferior al 1% para cada uno de ellos, el contenido de Cromo, Wolframio, Nquel, Cobalto, Aluminio, Titanio, etc., es inferior a 0.3% para cada uno de ellos y el contenido de Vanadio y Molibdeno es menor a 0.08% para cada uno de ellos.Los constituyentes metlicos que pueden presentarse en los aceros al carbono son: ferrita, cementita, perlita, sorbita, troostita, martensita, bainita, y rara vez austenita, aunque nunca como nico constituyente. Tambin pueden estar presentes constituyentes no metlicos como xidos, silicatos, sulfuros y aluminatos.Las microestructuras que presenta el diagrama de equilibrio para los aceros al carbono son:FERRITAEs una solucin slida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es del orden de 0.008% de carbono, por esto se considera como hierro puro, la mxima solubilidad de carbono en el hierro alfa es de 0,02% a 723 C.La ferrita es el microconstituyente ms blando y dctil de los aceros, cristaliza en la red cbica centrada en el cuerpo, tiene una dureza de 90 Brinell y una resistencia a la traccin de 28 kg/mm2, llegando hasta un alargamiento del 40%. La ferrita se observa al microscopio como granos poligonales claros.

Diagrama de equilibrio Fe-C

En los aceros, la ferrita puede aparecer como cristales mezclados con los de perlita, en los aceros de menos de 0.6%C, figura 6; formando una red o malla que limita los granos de perlita, en los aceros de 0.6 a 0.85%C en forma de agujas o bandas circulares orientados en la direccin de los planos cristalogrficos de la austenita como en los aceros en bruto de colada o en aceros que han sido sobrecalentados. Este tipo de estructura se denomina Widmanstaten.La ferrita tambin aparece como elemento eutectoide de la perlita formando lminas paralelas separadas por otras lminas de cementita, figura 8, en la estructura globular de los aceros de herramientas aparece formando la matriz que rodea los glbulos de cementita, en los aceros hipoeutectoides templados, puede aparecer mezclada con la martensita cuando el temple no ha sido bien efectuado.

CEMENTITAEs el carburo de hierro de frmula Fe3C, contiene 6.67 %C y 93.33 % de hierro, es el microconstituyente ms duro y frgil de los aceros al carbono, alcanzando una dureza Brinell de 700 (68 Rc) y cristaliza en la red ortormbica. En las probetas atacadas con cidos se observa de un blanco brillante y aparece como cementita primaria o proeutctica en los aceros con ms de 0.9%C formando una red que envuelve los granos de perlita, formando parte de la perlita como lminas paralelas separadas por otras lminas de ferrita, se presenta en forma de glbulos o granos dispersos en una matriz de ferrita, cuando los aceros de alto carbono se han sometido a un recocido de globulizacin, en los aceros hipoeutectoides que no han sido bien templados.PERLITAEs el microconstituyente eutectoide formado por capas alternadas de ferrita y cementita, compuesta por el 88 % de ferrita y 12 % de cementita, contiene el 0.8 %C. Tiene una dureza de 250 Brinell, resistencia a la traccin de 80 kg/mm2 y un alargamiento del 15%; el nombre de perlita se debe a las irisaciones que adquiere al iluminarla, parecidas a las perlas. La perlita aparece en general en el enfriamiento lento de la austenita y por la transformacin isotrmica de la austenita en el rango de 650 a 723C.Si el enfriamiento es rpido (100-200C/seg.), la estructura es poco definida y se denomina Sorbita, si la perlita laminar se somete a un recocido a temperatura prxima a 723C, la cementita adopta la forma de glbulos incrustados en la masa de ferrita, denominndose perlita globular.

AUSTENITAEs el constituyente ms denso de los aceros y est formado por una solucin slida por insercin de carbono en hierro gamma. La cantidad de carbono disuelto, vara de 0.8 al 2 % C que es la mxima solubilidad a la temperatura de 1130 C. La austenita no es estable a la temperatura ambiente pero existen algunos aceros al cromo-nquel denominados austenticos cuya estructura es austenita a temperatura ambiente.La austenita est formada por cristales cbicos centrados en las caras, con una dureza de 300 Brinell, una resistencia a la traccin de 100 kg/mm2 y un alargamiento del 30 %, no es magntica.La austenita no puede atarcarse con nital, se disuelve con agua regia en glicerina apareciendo como granos poligonales frecuentemente maclados, puede aparecer junto con la martensita en los aceros templados.MARTENSITAEs el constituyente de los aceros templados, est conformado por una solucin slida sobresaturada de carbono o carburo de hierro en ferrita y se obtiene por enfriamiento rpido de los aceros desde su estado austentico a altas temperaturas.

El contenido de carbono suele variar desde muy poco carbono hasta el 1% de carbono, sus propiedades fsicas varan con su contenido en carbono hasta un mximo de 0.7 %C.La martensita tiene una dureza de 50 a 68 Rc, resistencia a la traccin de 170 a 250 kg/mm2 y un alargamiento del 0.5 al 2.5 %, muy frgil y presenta un aspecto acicular formando grupos en zigzag con ngulos de 60 grados.Los aceros templados suelen quedar demasiado duros y frgiles, inconveniente que se corrige por medio del revenido que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la crtica inferior (727C), dependiendo de la dureza que se desee obtener, enfrindolo luego al aire o en cualquier medio.

TROOSTITAEs un agregado muy fino de cementita y ferrita, se produce por un enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento ligeramente inferior a la crtica de temple o por transformacin isotrmica de la austenita en el rango de temperatura de 500 a 6000C, o por revenido a 4000C.Sus propiedades fsicas son intermedias entre la martensita y la sorbita, tiene una dureza de 400 a 500 Brinell, una resistencia a la traccin de 140 a 175 kg/mm2 y un alargamiento del 5 al 10%. Es un constituyente nodular oscuro con estructura radial apreciable a unos 1000X y aparece generalmente acompaando a la martensita y a la austenita.SORBITAEs tambin un agregado fino de cementita y ferrita. Se obtiene por enfriamiento de la austenita con una velocidad de enfriamiento bastante inferior a la crtica de temple o por transformacin isotrmica de la austenita en la zona de 600 a 650%, o por revenido a la temperatura de 600%. Su dureza es de 250 a 400 Brinell, su resistencia a la traccin es de 88 a 140 kg/mm2 ,con un alargamiento del 10 al 20%.Con pocos aumentos aparece en forma muy difusa como manchas, pero con 1000X toma la forma de ndulos blancos muy finos sobre fondo oscuro, de hecho tanto la troostita como la sorbita pueden considerarse como perlita de grano muy fino.BAINITAEs el constituyente que se obtiene en la transformacin isotrmica de la austenita cuando la temperatura del bao de enfriamiento es de 250 a 500C. Se diferencian dos tipos de estructuras: la bainita superior de aspecto arborescente formada a 500-580C, compuesta por una matriz ferrtica conteniendo carburos. Bainita inferior, formada a 250-4000C tiene un aspecto acicular similar a la martensita y constituida por agujas alargadas de ferrita que contienen delgadas placas de carburos.La bainita tiene una dureza variable de 40 a 60 Rc comprendida entre las correspondientes a la perlita y a la martensita.

Los constituyentes que pueden presentarse en los aceros aleados son los mismos de los aceros al carbono, aunque la austenita puede ser nico contituyente y adems pueden aparecer otros carburos simples y dobles o complejos.Micro estructuras del acero

a. Austenita (acero inoxidable) b. Ferrita (< 0.02 C, % en peso)

c. Ferrita + Perlita (0.3 C % en peso) d. Ferrita + Perlita (0.6 C % en peso)

e. Perlita (0.85 C % en peso) f. Perlita + cementita nter granular Aceros para temple y revenido: Mediante el tratamiento trmico del temple se persigue endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el material a una temperatura ligeramente ms elevada que la crtica y se somete a un enfriamiento ms o menos rpido (segn caractersticas de la pieza) con agua, aceite, etc. Por otro lado, el revenido se suele usar con las piezas que han sido sometidas previamente a un proceso de templado. El revenido disminuye la dureza y resistencia de los materiales, elimina las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue bsicamente del temple en cuanto a temperatura mxima (unos 50 C menor que el templado) y velocidad de enfriamiento (se suele enfriar al aire). La estructura final conseguida es martensita revenida;

DIAGRAMA DE HIERRO-CARBONOEn el diagrama de equilibrio o de fases, Fe-C se representa las transformaciones que sufren los aceros al carbono con la temperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que los procesos de difusin (homogeneizacin) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalmente identificando los puntos crticos temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones por mtodos diversos.

METAL NO FERROSOLos metales no ferrosos son aquellos en cuya composicin no se encuentra el hierro. Los ms importantes son siete: cobre, zinc, plomo, estao, aluminio, nquel y magnesio. Hay otros elementos que con frecuencia se fusionan con ellos para preparar aleaciones de importancia comercial. Tambin hay alrededor de 15 metales menos importantes que tienen usos especficos en la industria. Los metales no ferrosos se clasifican en tres grupos: Pesados: son aquellos cuya densidad es igual o mayor de 5kg/dm. Ligeros: su densidad est comprendida entre 2 y 5kg/dm. Ultraligeros: su densidad es menor de 2kg/dm.Materiales no ferrosos pesadosEstao (Sn):Caractersticas: su densidad, su punto de fusin alcanza los 231C, tiene una resistencia de traccin de 5 kg/mm; en estado puro tiene un color brillante pero a temperatura ambiente se oxida y lo pierde, en temperatura ambiente es muy blando y flexible, sin embargo en caliente es frgil y quebradizo, por debajo de -18C se empieza a descomponer convirtindose en un polvo gris. Este proceso se conoce como peste de estao; al doblarse se oye un crujido denominado grito de estao Aleaciones: las ms importantes son el bronce (cobre y estao) y las soldaduras blandas (plomo + estao con proporciones de este entre el 25% y el 90%) Aplicaciones: sus aplicaciones ms importantes son la fabricacin de hojalata y proteger el acero contra la oxidacin.Cobre (Cu):Caractersticas: se encuentra en el cobre nativo, la calcopirita, la calcosina, la malaquita y la cuprita; su densidad es de 8,9kg/dm, su punto de fusin es de 1083C, su resistencia de traccin es de 18 kg/mm; es dctil, manejable y posee una alta conductividad elctrica y trmica. Aleaciones: las ms importantes son el bronce (cobre + estao), latn que se compone por cobre y cinc. Aplicaciones: Campanas, engranes, cables elctricos, motores elctricos.Cobalto (Co)Caractersticas: su densidad es de 8,6kg/dm, su punto de fusin es de 1490 C; tiene propiedades anlogas al nquel pero no es magntico. Aleaciones y aplicaciones: se emplea para endurecer aceros para herramienta (aceros rpidos) y como elemento para fabricacin de metales duros empleados para herramientas de corte.Materiales no ferrosos ligerosTitanio:-Densidad: 4,45 kg/dm3-Punto de fusin: 1800 C.-Resistividad: 0,8 Wmm2/m.-Resistencia a la traccin: 100Kg/mm2-Alargamiento: 5%Aluminio (Al):Caractersticas:Se obtiene de la bauxita -Densidad es de 2,7 kg/dm -Punto de fusin es de 660 C -Muy ligero e inoxidable -Buen conductor de electricidad y del calor. Aleaciones y aplicaciones: Al +Mg: se emplea en la aeronutica y automocin.Materiales no ferrosos ultraligerosMagnesio (Mg):Caractersticas: se obtiene de la carnalita, doloma y magnesita, su densidad es de 1,74 kg/dm, su punto de fusin es de 650C. En estado lquido y en polvo es muy inflamable, tiene un color blanco parecido al de la plata, es manejable, y es ms resistente al aluminio. Aplicaciones: se emplea en estado duro, tiene pocas utilidades, excepto en la fabricacin de productos pirotcnicos y como desoxidante en los talleres de fundicin de aceroMETALES FERROSOSSe denominan metales ferrosos o frricos a aquellos que contienen hierro como elemento base; pueden levar adems pequeas proporciones de otros. A pesar de todos los inconvenientes que presentan estos materiales (hierro, acero y fundiciones) por ser muy pesados, oxidarse con facilidad y ser dificiles de trabaja, entre otros, son uno de los ms usados en la actualidad.Las aplicaciones ms significativas a las que se destinan los materiales ferrosos son la construccin de puentes, estructuras de edificios, barcos, trenes, coches y utensilios domesticos (ollas, grifos, cucharas, etc.)

FUNDICIN BLANCALa fundicin blanca es aquella en la que todo el carbono est combinado bajo la forma de cementita. Se distinguen por que al fracturarse presenta un color blanco brillante. Es un tipo de fundicin menos fluida que la gris y al solidificarse se produce algo de contraccin.

Estas fundiciones blancas se caracterizan por: Su alta dureza. Resistencia al desgaste. Alta fragilidad. Su nombre se debe al color de su fractura.FUNDICIN NODULAR:La fundicin nodular contiene grafito de forma esfrica y sus caractersticasprincipales son: buena rigidez (mdulo de Young); buena resistencia alimpacto = material tenaz, no quebradizo; buena resistencia a la traccin;mala amortiguacin, no absorbe la vibracin de un motor; mala conductividadtrmica, ms calor en el proceso de mecanizado. Si se compara con la GCI, el grafito de la NCI aparece formando ndulos y esto contribuye a sus superiores propiedades de traccin y tenacidad.

FUNDICION NODULAR

FUNDICIN GRISEl hierro fundido, hierro colado, ms conocido como fundicin gris es un tipo de aleacin conocida como fundicin, cuyo tipo ms comn es el conocido como hierro fundido gris.El hierro gris es uno de los materiales ferrosos ms empleados y su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleacin ferrosa contiene en general ms de 2% de carbono y ms de 1% de silicio, adems de manganeso, fsforo y azufre. Una caracterstica distintiva del hierro gris es que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como hojuelas. Este grafito es el que da la coloracin gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.

Fundicin gris con su matriz perlitica. 150 X

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se pudo aprender que todo acero tiene contenido en carbono hasta el 2%.

Se aprendi a diferenciar entre los tipos de aceros que hay y el porcentaje de carbono.

Se aprendi a identificar y a reconocer el diagrama de hierro carbono, sobre sus puntos de fusin a una composicin dada.

Conocer acerca de los metales ferrosos y no ferrosos

BIBLIOGRAFA

http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn101.html#seccion2 http://www.textoscientificos.com/quimica/acero http://es.wikipedia.org/wiki/Diagrama_Hierro-Carbono http://www.utp.edu.co/~publio17/maleable.htm http://www.benito.com/blog/2010/02/23/fundicion-ductil-el-material-mas-adecuado-para-tapas-de-alcantarilla-rejillas-y-canaletas-de-drenaje/

MICROESTRUCTURA DE METALES